¿Qué es la concentración de una disolución?
Una disolución es una mezcla homogénea: el soluto (la sal) disuelto molécula a molécula en el disolvente (el agua). La concentración responde a la única pregunta que luego importa químicamente: ¿cuán llena está?, porque las reacciones ocurren partícula a partícula, y una disolución concentrada reacciona a un ritmo distinto que una diluida. Toda unidad de concentración que se haya inventado es simplemente una fracción: algo por algo. Si se leen con cuidado los dos «algos», ninguna unidad sorprenderá nunca.
La regla que conviene recordar: compruebe el numerador y el denominador. Moles por litro de disolución (M) y moles por kilogramo de disolvente (m) se diferencian en algo más que una letra: los denominadores miden cosas distintas.
Molaridad, molalidad, normalidad: tres denominadores
La molaridad (M) es moles de soluto por litro de disolución: el caballo de batalla del laboratorio, porque las pipetas y los matraces aforados miden volumen. Su debilidad: el volumen se dilata con la temperatura, así que 1,0000 M a 20 °C no son 1,0000 M a 40 °C. La molalidad (m) divide entre kilogramos de disolvente, que el calor no cambia, y por eso el trabajo coligativo (descenso crioscópico, elevación ebulloscópica) lo exige. La normalidad (N) cuenta equivalentes por litro en lugar de moles: un mol de H2SO4 aporta dos equivalentes ácidos, así que 0,5 M de H2SO4 son 1 N. El campo de equivalentes del panel (H2SO4 = 2, HCl = 1, H3PO4 = 3) es exactamente esa conversión. Para preparar 1 L de NaCl 0,1 M: pese 5,844 g, disuélvalos en menos de un litro y complete hasta exactamente 1,000 L en un matraz aforado: lo que cuenta es el volumen final, no el agua añadida.
Dilución: los moles de partida son los que se conservan
Diluir añade disolvente, nunca soluto, así que los moles se conservan: C1V1 = C2V2 no es más que «moles antes = moles después» con el volumen despejado. El ejemplo del panel de dilución: una disolución madre de 10 M, se toman 50 mL y se diluyen a 250 mL; el aumento de volumen cinco veces reduce la concentración exactamente cinco veces, C2 = 2,0000 M con un factor de dilución de 5,0×. La misma contabilidad, a la inversa, indica cuánta madre medir para una concentración objetivo: el pan de cada día en la preparación de tampones.
Porcentaje y ppm: concentración para el lenguaje cotidiano
Las disoluciones porcentuales son proporciones por cien, en tres variantes que nunca deben confundirse: p/v (gramos de sólido por 100 mL de disolución: el valor habitual en los laboratorios de biología), v/v (mL por 100 mL, usado para líquidos en líquidos como el etanol) y p/p (gramos por 100 g, insensible a la contracción de volumen). El ejemplo del panel de porcentajes: 5 g disueltos hasta 100 mL son 5 % (p/v) = 50 g/L. Para disoluciones acuosas muy diluidas, toman el relevo las ppm, definidas para el agua como mg/L, porque un litro de disolución diluida pesa esencialmente un kilogramo. El panel de ppm convierte una misma muestra a todas las unidades: 1 ppm = 1000 ppb = 106 ppt = 0,0001 % = 1 mg/L.
El puente de la masa molar
Las concentraciones se expresan en moles, pero las botellas y las balanzas hablan en gramos, y la traducción entre ambos es la masa molar. El NaCl pesa 58,440 g/mol (el panel lo calcula a partir de las mismas masas atómicas que la página de Masa molar), así que disolver 58,440 g y diluir hasta exactamente 1 L da 1,0000 M: esa es toda la receta de una disolución estándar. El panel de molaridad acepta una fórmula (la masa se calcula con el analizador integrado) o una masa simple, y después informa de los moles, la molaridad, la normalidad o las ppm lado a lado.
Ideas erróneas habituales
- M y m son la misma unidad. Litro de disolución frente a kilogramo de disolvente: para el agua diluida a temperatura ambiente casi coinciden, y por eso el panel indica que su resultado de molalidad es una aproximación.
- ppm significa lo mismo en todas partes. mg/L es un atajo específico del agua. En mezclas gaseosas y en sólidos, las ppm son estrictamente una proporción masa/masa (o mol/mol).
- Diluir cambia la cantidad de soluto. Solo cambia la concentración. Los 50 mL de la madre de 10 M y los 250 mL del producto de 2 M contienen los mismos 0,50 mol.
- Los volúmenes son aditivos. 50 mL de etanol + 50 mL de agua dan unos 97 mL: al mezclar hay contracción. Por eso los porcentajes v/v se preparan «hasta enrasar» y no «añadiendo».
Herramientas relacionadas: Masa molar (el traductor gramos ↔ moles), Balanceador de ecuaciones (estequiometría sobre estos moles) y Ácido-base (donde las concentraciones se convierten en pH).
